氣動(dòng)調節閥在核電廠(chǎng)中的應用及常見(jiàn)問(wèn)題分析
針對氣動(dòng)調節閥在核電廠(chǎng)的應用及工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并根據其在機組調試過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題及解決方法進(jìn)行具有針對性的討論和分析，確保其在核電廠(chǎng)運行中的安全性。
氣動(dòng)調節閥在核電廠(chǎng)的核島主輔系統及三廢系統、常規島及BOP系統中都有廣泛的應用，須滿(mǎn)足耐高溫高壓、耐腐蝕、抗輻照、以及抗震等其中若干特殊要求的核級或非核級設備，在工藝過(guò)程中對流量、壓力、溫度、液位等工藝參數進(jìn)行遠程自動(dòng)控制，保證工藝系統的正常運行和安全生產(chǎn)，對核電廠(chǎng)的核安全起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
因此，針對氣動(dòng)調節閥在核電廠(chǎng)的調試、運行、維護等實(shí)際應用中所出現的各種問(wèn)題進(jìn)行詳細分析。
1、氣動(dòng)調節閥及工作原理
1.1、氣動(dòng)調節閥的結構及類(lèi)型
氣動(dòng)調節閥由氣動(dòng)執行機構和閥體以及附件三部分組成。氣動(dòng)執行機構分為薄膜式和活塞式；閥體按其行程可分為直行程和角行程兩種，按其結構分為直通單座閥、直通雙座閥、套筒閥、角形閥、隔膜閥、蝶閥、球閥，按閥芯的流量特性分類(lèi)有直線(xiàn)型、等百分比型、快開(kāi)型、拋物線(xiàn)型等，按調節形式分為兩位式、斷開(kāi)型、調節型、切斷調節型，按安全失效模式分為故障開(kāi)、故障關(guān)、故障保位;附件包括定位器、E/P電氣轉換器、過(guò)濾減壓閥、流量放大器、手輪機構等。
1.2、氣動(dòng)調節閥的工作原理
氣動(dòng)調節閥是以氣動(dòng)執行機構與閥體組成的各類(lèi)氣動(dòng)控制閥門(mén)，它以干燥潔凈的壓縮空氣為動(dòng)力源，以氣缸或薄膜氣室為執行器，并借助于電氣閥門(mén)轉換器/定位器、電磁閥、空氣過(guò)濾減壓閥、限位開(kāi)關(guān)等輔助部件，當轉換器或定位器接收來(lái)自控制器或控制系統中4mA～20mA弱電信號，輸出20kPa～100kPa氣壓信號來(lái)使氣動(dòng)執行機構平衡氣室氣體壓力與彈簧力，從而使閥桿帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，改變閥芯與閥座的通流面積完成對閥門(mén)開(kāi)度調節，通過(guò)改變介質(zhì)流量最終實(shí)現對壓力、溫度、流量、液位等工藝參數的精確控制。
2、氣動(dòng)調節閥的調試
氣動(dòng)調節閥在使用之前，重點(diǎn)通過(guò)對彈簧預緊力、中性點(diǎn)、E/P轉換器、定位器等的調試來(lái)滿(mǎn)足閥門(mén)的行程、閥門(mén)位移線(xiàn)性、開(kāi)關(guān)時(shí)間、泄漏量等性能指標。調試前，(1)工藝管道必須嚴格的吹掃合格;(2)手輪機構應處于“釋放”位置;(3)檢查減壓閥供氣壓力是否達到供氣要求。
2.1、預緊力(BenchSet)調整方法
(1)為避免閥關(guān)不死或打不開(kāi)，須在執行機構安裝到閥體之前進(jìn)行調校。
(2)根據閥門(mén)銘牌要求的預緊力上、下限值，采用簡(jiǎn)單專(zhuān)用調整工具調整彈簧的初始彈簧力。
(3)通過(guò)充氣排氣使閥門(mén)開(kāi)關(guān)幾次以確定氣動(dòng)頭移動(dòng)順暢。
(4)對氣動(dòng)頭打壓，記錄氣動(dòng)頭連桿剛剛移動(dòng)的壓力值并與閥門(mén)銘牌上的下限預緊力對比，調整彈簧預緊力調整螺母，直到使氣動(dòng)頭連桿剛好移動(dòng)時(shí)的氣壓讀數為下限值。
(5)繼續使氣壓增加到上限值，當氣動(dòng)頭連桿向閥體方向移到盡頭時(shí)，在閥桿上做好參照標記。
(6)緩慢地將氣動(dòng)頭氣壓降回下限值，記錄閥桿標記到氣動(dòng)頭連桿末端的距離，其與閥門(mén)銘牌行程一致，如果一致，彈簧預緊力調整完畢，證明閥門(mén)在自然狀態(tài)獲得足夠關(guān)閉或開(kāi)啟力，否則需要更換彈簧，重新安裝并按照上述步驟重新進(jìn)行預緊力的調整。
2.2、中性點(diǎn)(NEUTRALPOINIT)的設置
中性點(diǎn)就是手輪調整到不影響自動(dòng)調節的位置，它可能是一個(gè)點(diǎn)也可能是一個(gè)區，中性點(diǎn)設置過(guò)高引起內漏，設置過(guò)低容易導致流量不足。通常閥門(mén)隔離或自動(dòng)失效情況下，往往可以通過(guò)破壞氣動(dòng)調節閥的中性點(diǎn)來(lái)實(shí)現閥門(mén)的全開(kāi)、全關(guān)或保持某一開(kāi)度。通常的中性點(diǎn)設置只需把手輪滑塊的中性點(diǎn)指針對準標尺上的中性點(diǎn)標線(xiàn)即可，也可以通過(guò)手感進(jìn)行調節“，失氣開(kāi)”的氣動(dòng)閥中性點(diǎn)設置，應使氣動(dòng)閥置于失氣全開(kāi)位置，手輪順時(shí)針朝關(guān)的方向旋轉直到感覺(jué)到阻力說(shuō)明手動(dòng)桿達到導套下止位，然后再逆時(shí)針朝開(kāi)的方向旋轉1/2圈即可“;失氣關(guān)”的氣動(dòng)閥中性點(diǎn)設置，應使氣動(dòng)閥置于失氣全關(guān)位置，手輪逆時(shí)針朝開(kāi)的方向旋轉直到感覺(jué)到阻力說(shuō)明手動(dòng)桿達到導套上止位，然后再順時(shí)針朝關(guān)的方向旋轉1/2圈即可;調到中性點(diǎn)位置后用手輪桿鎖緊器鎖緊。
2.3、電氣轉換器(E/P)的校驗
(1)利用電流源提供4mA～20mA直流電流信號，SAR提供壓縮空氣。
(2)以正作用型氣動(dòng)調節閥為例進(jìn)行如下調校，其輸出壓力必須滿(mǎn)足精度要求。
(3)零點(diǎn)調整，輸入4mA電流信號，旋轉零位調整螺絲，讀取壓力表數據，直到輸出壓力20kPa為止。
(4)量程調整，輸入20mA電流信號，調整量程調整螺絲，直到輸出壓力100kPa為止。
(5)線(xiàn)性檢查，分別輸入8、12、16mA，輸出壓力依次為40、60、80kPa。
(6)重復上述步驟，直到滿(mǎn)足精度要求。
2.4、閥門(mén)定位器的校驗
(1)以E/P轉換器來(lái)的20kPa～100kPa的壓力信號作為定位器的輸入信號，首先打開(kāi)定位器的氣源，檢查定位器工作順暢。
(2)將輸入信號調到量程的一半，打開(kāi)氣源，這時(shí)定位器旋轉臂應在水平位置，閥門(mén)對應50%開(kāi)度，否則檢查是否存在泄漏或定位器凸輪安裝是否得當。
(3)零點(diǎn)調整，使定位器輸入為零點(diǎn)，擰松噴嘴鎖定螺絲，調整噴嘴直到閥門(mén)對應全關(guān)(或全開(kāi))位置。
(4)量程調整，使定位器輸入為滿(mǎn)度，調整噴嘴擋板的位置，使閥門(mén)對應全開(kāi)(或全關(guān))位置。
(5)分別在20、40、60、80、100kPa輸入壓力，檢查閥門(mén)是否滿(mǎn)足對應0%、25%、50%、75%、100%開(kāi)度要求，否則進(jìn)行反復調整。
3、調試過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題分析
調試過(guò)程中，針對調試過(guò)程中經(jīng)常出現的閥門(mén)內漏、外漏、開(kāi)關(guān)時(shí)間不合格、開(kāi)關(guān)不到位等問(wèn)題，將其氣動(dòng)調節閥所存在的問(wèn)題的原因主要分為控制元件故障、執行機構故障、閥體故障。
3.1、控制元件故障
為了保證氣動(dòng)調節閥滿(mǎn)足穩、準、快的要求，解決由于閥位反饋測量不準或氣動(dòng)閥門(mén)定位器故障引起的控制器開(kāi)度與閥門(mén)開(kāi)度不一致問(wèn)題，須對氣動(dòng)調節閥進(jìn)行整體性調校驗證，控制器將輸入信號平穩地按增大和減小方向輸入電氣轉換/定位器，測量各點(diǎn)對應的閥門(mén)開(kāi)度(行程)是否滿(mǎn)足控制要求。主要分為5個(gè)關(guān)鍵調校點(diǎn)：0%、25%、50%、75%、100%開(kāi)度進(jìn)行驗證，通過(guò)相應的調節機構分別對0%開(kāi)度和其它開(kāi)度進(jìn)行整定，使手操器或DCS系統開(kāi)度與現場(chǎng)閥門(mén)開(kāi)度一致。由于無(wú)法確定調節閥的實(shí)際行程值，始點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)必須調準，不然會(huì )導致閥門(mén)關(guān)閉不嚴導致內漏發(fā)生或調節精度不夠。其中作為閥門(mén)控制附件的電/氣閥門(mén)定位器實(shí)質(zhì)是電/氣轉換器和氣動(dòng)定位器的組合儀表，將電信號轉化成氣壓信號，然后轉化成執行器的位移，并且可以通過(guò)閥門(mén)位移反饋使閥門(mén)按照控制要求達到目標開(kāi)度，根據問(wèn)題重點(diǎn)檢查氣室管路泄露、節流孔堵塞、擋板位置及光潔度、電磁線(xiàn)圈是否斷線(xiàn)、零點(diǎn)量程調整是否正確、調零彈簧是否變形、凸輪及反饋桿安裝位置、正負極接線(xiàn)是否正確等。
3.2、執行機構故障
氣動(dòng)執行機構要求既要有足夠的推力，同時(shí)死區又較小，它要克服閥塞的不平衡力、閥門(mén)關(guān)閉等級要求的閥座負荷、填料及閥內件摩擦力等各種阻力。氣動(dòng)執行機構分為薄膜式和活塞式，薄膜式主要有膜室、膜片、彈簧、推桿、彈簧調整件、限位裝置、手輪機構等零部件組成，其結構簡(jiǎn)單、工作可靠，薄膜式氣動(dòng)調節閥通常安裝在要求反應速度快的小口徑管道上，故障時(shí)重點(diǎn)檢查膜片、密封環(huán)、緊固推盤(pán)、閥桿緊固螺栓、膜室螺栓、彈簧及預緊力、閥桿光潔度以及彎曲度、執行器工作氣壓;活塞式主要由缸體、活塞、密封環(huán)、閥桿、手輪機構等零部件組成，其具有控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)可提供較大行程、可提供足夠所需關(guān)閉力、具有一定開(kāi)關(guān)速度，與薄膜式相比，執行機構允許操作壓力更高，因此輸出推力大，一般安裝在口徑較大且反應靈敏的管道上，但價(jià)格也較高，故障時(shí)主要檢查活塞密封環(huán)、缸體內壁、柱塞推桿是否磨損、執行器工作氣壓、氣室密閉性、閥門(mén)行程。
3.3、閥體故障
故障時(shí)主要檢查的內容：閥體內壁的耐壓、耐腐蝕情況;閥座因螺紋內表面腐蝕使其松動(dòng)或沖壞;閥芯因腐蝕、磨損引起的松動(dòng);膜片、O形圈、密封墊的老化、破損;密封填料的老化、干涸引起的破損。
4、調試過(guò)程實(shí)例分析
以秦山某核電廠(chǎng)的專(zhuān)設安全設施中的余熱排出系統的RRA013/024/025VP為例，通過(guò)主控室或應急停堆盤(pán)的手操器遠程手動(dòng)控制流量和溫度，其各配備一個(gè)電-氣轉換器，運行壓力4.7MPa，運行溫度180℃，啟閉時(shí)間60s，如果在發(fā)生動(dòng)力源故障(斷氣、斷電、斷信號)，閥門(mén)必須保持原位，以延長(cháng)對反應堆堆芯的冷卻時(shí)間，及時(shí)排出堆芯余熱，提高核電廠(chǎng)安全性。在調試過(guò)程中，必須做氣動(dòng)調節閥做閥門(mén)保壓試驗，由儀表用壓縮空氣分配系統SAR供0.9MPa～1MPa(abs)的壓縮空氣，用手動(dòng)控制站405RC調節RRA024和025VP，使RRA006MD上總的流量約為1140m3/h時(shí)，RRA024、025VP和013VP的閥位相同，然后將主控KSC的RRA013VP的手操器RRA404RC由自動(dòng)打為手動(dòng)，消除冷卻劑流量波動(dòng)對閥門(mén)開(kāi)度的影響，切斷氣源，保壓時(shí)間不少于2h，檢查其閥門(mén)開(kāi)度變化來(lái)判斷氣室壓力是否下降，經(jīng)檢查閥門(mén)RRA024VP不能保壓。經(jīng)綜合分析，問(wèn)題應該出在氣路故障，按照由易到難的原則利用檢漏液進(jìn)行如下排查：(1)氣路泄露檢查;(2)氣室氣密性檢查，經(jīng)檢查驗證，發(fā)現起保壓作用的保壓閥出現氣體泄露問(wèn)題，采取更換保壓閥，并重新充氣進(jìn)行保壓試驗，最終驗證了該氣動(dòng)調節閥滿(mǎn)足故障保位的功能要求。
5、結語(yǔ)
針對氣動(dòng)調節閥在核電廠(chǎng)調試過(guò)程遇到的常見(jiàn)問(wèn)題，根據其現象進(jìn)行了分析研究。核電機組調試在整個(gè)核電站的建設過(guò)程中，上承設計、施工、安裝、下接機組商業(yè)運行，調試是驗證其前期階段可靠性，確保核電機組安全投運的關(guān)鍵環(huán)節。調試過(guò)程中必須嚴格按照調試標準和規程進(jìn)行，根據調試過(guò)程所出現的問(wèn)題進(jìn)行分析討論解決，確保機組商運的安全。
